19带电粒子在电场中的运动解析.pptx
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1、J2459J2459学生示波器学生示波器阴极射线管结构示意图阴极射线管结构示意图仪器名称:示波器仪器名称:示波器 型型 号:号:COS5100系统运行时,数以系统运行时,数以1010亿计的电子就亿计的电子就将从这条加速管中以接近光速冲进将从这条加速管中以接近光速冲进储存环中发生碰撞储存环中发生碰撞 北京正负电子对撞机加速器的北京正负电子对撞机加速器的起点起点 3 3、某些带电体是否考虑重力,要根据题目暗示或运、某些带电体是否考虑重力,要根据题目暗示或运动状态来判定动状态来判定电场中的带电粒子一般可分为两类:电场中的带电粒子一般可分为两类:1 1、带电的基本粒子:如电子,质子,、带电的基本粒子:
2、如电子,质子,粒子,正负粒子,正负离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多,除离子等。这些粒子所受重力和电场力相比小得多,除非有说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力。非有说明或明确的暗示以外,一般都不考虑重力。(但并不能忽略质量)。(但并不能忽略质量)。2 2、带电微粒:如带电小球、液滴、尘埃等。除非有、带电微粒:如带电小球、液滴、尘埃等。除非有说明或明确的暗示以外,一般都考虑重力。说明或明确的暗示以外,一般都考虑重力。带电粒子在匀强电场中带电粒子在匀强电场中运动情况:运动情况:受到恒定的电场力受到恒定的电场力受力情况:受力情况:做匀变速运动做匀变速运动一一.带电粒子在电场中的加速带电粒子
3、在电场中的加速用牛顿运动定律分析用牛顿运动定律分析用动能定理分析用动能定理分析E1(加速电压)(加速电压)qUm+_带电粒子的加速带电粒子的加速 d d1 1、受力分析、受力分析:水平向右的电场力水平向右的电场力 F FEq=qU/dEq=qU/dF F2 2、运动分析、运动分析:初初速速度度为为零零,加加速速度度为为a=qU/mda=qU/md的的向向右右匀匀加速直线运动加速直线运动。解法一运用运动学知识求解解法一运用运动学知识求解解法二运用能量知识求解解法二运用能量知识求解粒子加速后的速度只与加速电压有关粒子加速后的速度只与加速电压有关思考题思考题 如如两两极极板板间间不不是是匀匀强强电电
4、场场该该用何种方法求解?为什么?用何种方法求解?为什么?由于电场力做功与场强是由于电场力做功与场强是否匀强无关,与运动路径也否匀强无关,与运动路径也无关,第二种方法仍适用!无关,第二种方法仍适用!所以所以例例1 结论:结论:由于电场力做功与场强是否由于电场力做功与场强是否匀强无关,与运动路径也无关,所匀强无关,与运动路径也无关,所以在处理电场对带电粒子的以在处理电场对带电粒子的加速加速问问题时,一般都是利用题时,一般都是利用动能定理动能定理进行进行处理。处理。例例2:如图所示,在:如图所示,在P板附近有一电子由静止开始板附近有一电子由静止开始向向Q板运动,则关于电子在两板间的运动情况,下列板运
5、动,则关于电子在两板间的运动情况,下列叙述正确的是:叙述正确的是:()A.两板间距越大,加速的时间越长两板间距越大,加速的时间越长B.两板间距离越小,加速度就越大,两板间距离越小,加速度就越大,则电子到达则电子到达Q板时的速度就越大板时的速度就越大C.电子到达电子到达Q板时的速度与板间距板时的速度与板间距离无关,仅与加速电压有关离无关,仅与加速电压有关D.电子的加速度和末速度都与板间电子的加速度和末速度都与板间距离无关距离无关AC 例题3:如图所示,水平放置的A、B两平行板相距h,上板A带正电。现有质量为m,带电量为+q的小球在B板下方距离为H处,以初速度V0竖直向上从B板小孔进入板间电场,欲
6、使小球刚好打到A板,A、B间电势差UAB应为多少?hABV0HBCD练习:如图 从F处释放一个无初速度电子向B板方向运动,指出下列对电子运动描述中,正确的是(设电源电动势均为U)()FADCBA.电子到达B板时的动能是UeB.电子从B板到达C板时动能的变化量为零 C.电子到达D板时动能为Ue .电子在板与板间作往返运动 ld+-+Uv0q、m二二.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转 ld+-+Uv0q、mF+vv0vyy偏转角偏转角侧移侧移二二.带电粒子在电场中的偏转带电粒子在电场中的偏转试根据类平抛运动的知识,推导偏移量试根据类平抛运动的知识,推导偏移量 y和偏转角和偏转角1.1.
7、受受力力分分析析:粒粒子子受受到到竖竖直直向向下的静电力下的静电力F FEqEq=qU/dqU/d。2 2.运动规律分析运动规律分析:粒子作粒子作类平抛类平抛运动运动。x x方向:方向:匀速直线运动匀速直线运动Y Y方向:方向:加速度为加速度为 的的匀匀加速直线运动加速直线运动。v v v v0 0vy 3.3.x方向方向 4.4.y方向方向 5 5、离开电场时的偏转角度的正切:、离开电场时的偏转角度的正切:y y v v0 0vy F Fv v+-v0YdUY Y q L L结论:带电粒子初速度垂直于电场方向飞入结论:带电粒子初速度垂直于电场方向飞入匀强电场的问题就是一个匀强电场的问题就是一
8、个类平抛类平抛的问题。的问题。粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速为零的匀初速为零的匀加速运动加速运动例例3解解:电子进入偏转电场后电子进入偏转电场后,在竖直方向做在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动初速度为零的匀加速直线运动.加速度加速度所以偏移距离所以偏移距离所以偏移角度所以偏移角度水平方向做匀速直线运动水平方向做匀速直线运动 L L三、三、加速和偏转一体加速和偏转一体+-vv0vy+_U1U2v0-qmy 让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合物让一价氢离子、一价氦离子和二价氦离子的混合
9、物经过同一加速电场由静止开始加速,然后在同一偏转电经过同一加速电场由静止开始加速,然后在同一偏转电场里偏转,在通过加速电场时获得的动能是否相同?通场里偏转,在通过加速电场时获得的动能是否相同?通过偏转电场时,它们是否会分为三股?请说明理由。过偏转电场时,它们是否会分为三股?请说明理由。答案:答案:通过加速电场时获得的动能通过加速电场时获得的动能E Ek k=qUqU,加速电压相加速电压相同,二价氦离子电荷量最大,所以二价氦离子获得动同,二价氦离子电荷量最大,所以二价氦离子获得动能最大。能最大。粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定,粒子的偏转量和偏转角由加速电场和偏转电场决定,所以三种粒
10、子不可能分开为三股。所以三种粒子不可能分开为三股。vvyy L L+-v0+-U1U2v0-qm思思考考题题 例例4 4:离子发生器发射出一束质量为:离子发生器发射出一束质量为mm,电荷量为,电荷量为q q的负离子,从静止的负离子,从静止 经加速电压经加速电压U U 1 1 加速后,获得速度加速后,获得速度v v0 0 ,并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央,受偏转电,并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央,受偏转电压压U U2 2作用后,以速度作用后,以速度离开电场,已知平行板长为离开电场,已知平行板长为,两板间距离为两板间距离为d d,1 1)离子在偏转电场中运动)离子在偏转电场中运动 的时
11、间、加速度、速度的时间、加速度、速度 的大小;的大小;2 2)离子在离开偏转电场时)离子在离开偏转电场时 的沿电场方向的偏移量和的沿电场方向的偏移量和 偏转角的正切值。偏转角的正切值。l+-u u1 1dv v0 0 求:求:四四、示波器的原理、示波器的原理1.示波器作用:是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。2.它的核心部件是示波管:由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,管内抽成真空。产生产生高速高速飞飞行的行的电子束电子束待显示待显示的的电压信号电压信号锯齿形锯齿形扫扫描电压描电压使电子沿使电子沿Y Y方向方向偏移偏移使电子沿使电子沿x x方向方向偏移偏移四、示波器的原理四、示波器的原理2、
12、原理、原理()()的作用:被电子枪加速后在的作用:被电子枪加速后在的电场中做匀变速的电场中做匀变速曲线运动,出电场后做匀速直线运动打到荧光屏上,出现亮斑,曲线运动,出电场后做匀速直线运动打到荧光屏上,出现亮斑,可推得在竖直方向偏移:可推得在竖直方向偏移:若信号电压若信号电压则则如果在XX 之间不加电压,而在YY之间所加的电压按图所示的规律随时间变化,在荧光屏会看到什么图形?YYX y随信号电压同步变化,但由于视觉暂留和荧光物质的残光特随信号电压同步变化,但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性,只能看到一条性,只能看到一条竖直的亮线竖直的亮线X示波器图象示波器图象UXt扫描电压扫描电压()()的作用
13、:同理可得亮斑在水平方向偏移随加在的作用:同理可得亮斑在水平方向偏移随加在上上的电压而变化,若所加的电压为特定的周期性变化电压则亮斑在水的电压而变化,若所加的电压为特定的周期性变化电压则亮斑在水平方向来回运动扫描,如果扫描电压变化很快,亮斑看起来为平方向来回运动扫描,如果扫描电压变化很快,亮斑看起来为一条一条水平的亮线水平的亮线示波器图象示波器图象YYXX如果在如果在YYYY之间加如图所示的之间加如图所示的交变电压交变电压,同时,同时在在XXXX之间加之间加锯齿形扫描电压锯齿形扫描电压,在荧光屏上会,在荧光屏上会看到什么图形?看到什么图形?XYOA B CD E FA B CD E FABOC
14、t1DEFt2如果信号电压是周期性的,并且扫描电压与信号电如果信号电压是周期性的,并且扫描电压与信号电压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象一个周期内随时间变化的稳定图象XYYXUXt示波器图象示波器图象课堂小结:课堂小结:一、利用电场使带电粒子加速一、利用电场使带电粒子加速二、利用电场使带电粒子偏转二、利用电场使带电粒子偏转从动力学和运动学角度分析从动力学和运动学角度分析从做功和能量的角度分析从做功和能量的角度分析类似平抛运动类似平抛运动的分析方法的分析方法粒子在与电场垂直的方向上做粒子在与电场垂直的方向上做匀速
15、直线运动匀速直线运动粒子在与电场平行的方向上做粒子在与电场平行的方向上做初速度为零的匀加速运动初速度为零的匀加速运动1 1、下列粒子由静止经加速电压下列粒子由静止经加速电压 为为U U的电场加速后,的电场加速后,哪种粒子动能最大哪种粒子动能最大 ()哪种粒子速度最大哪种粒子速度最大 ()A A、质子、质子 B B、电子、电子C C、氘核、氘核 DD、氦核、氦核 强化练习强化练习与与电量电量成正比成正比与与比荷平方比荷平方根根成正比成正比D DBe/m1840e/me/2m2e/4m2 2、如图所示,如图所示,MM、N N是在真空中竖直放置的两块是在真空中竖直放置的两块平行金属板,质量为平行金属
16、板,质量为mm、电量为、电量为+q+q的质子,以极的质子,以极小的初速度由小孔进入电场,当小的初速度由小孔进入电场,当MM、N N间电压为间电压为U U时,粒子到达时,粒子到达N N板的速度为板的速度为v,如果要使这个带,如果要使这个带电粒子到达电粒子到达N N板的速度为板的速度为2 2v ,则下述方法能满,则下述方法能满足要求的是(足要求的是()A A、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为2U 2U B B、使、使MM、N N间电压增加为间电压增加为4U 4U C C、使、使MM、N N间电压不变,距离减半间电压不变,距离减半 DD、使、使MM、N N间电压不变,距离加倍间电压不变,距
17、离加倍 MMN NU Ud d+v与与电压平方电压平方根根成正比成正比B强化练习强化练习4 4、质量为质量为质量为质量为mmmm、带电量为、带电量为、带电量为、带电量为q q q q的粒子以初速度的粒子以初速度的粒子以初速度的粒子以初速度v v从中线垂从中线垂从中线垂从中线垂直进入偏转电场,刚好离开电场,它在离开电直进入偏转电场,刚好离开电场,它在离开电直进入偏转电场,刚好离开电场,它在离开电直进入偏转电场,刚好离开电场,它在离开电场后偏转角正切为场后偏转角正切为场后偏转角正切为场后偏转角正切为0.50.50.50.5,则下列说法中正确的是,则下列说法中正确的是,则下列说法中正确的是,则下列说
18、法中正确的是 A A A A、如果偏转电场的电压为原来的一半,则粒子离、如果偏转电场的电压为原来的一半,则粒子离、如果偏转电场的电压为原来的一半,则粒子离、如果偏转电场的电压为原来的一半,则粒子离开电场后的偏转角正切为开电场后的偏转角正切为开电场后的偏转角正切为开电场后的偏转角正切为0.250.250.250.25 B B B B、如果带电粒子的比荷为原来的一半,则粒子离、如果带电粒子的比荷为原来的一半,则粒子离、如果带电粒子的比荷为原来的一半,则粒子离、如果带电粒子的比荷为原来的一半,则粒子离开电场后的偏转角正切为开电场后的偏转角正切为开电场后的偏转角正切为开电场后的偏转角正切为0.250.
19、250.250.25 C C C C、如果带电粒子的初速度为原来的、如果带电粒子的初速度为原来的、如果带电粒子的初速度为原来的、如果带电粒子的初速度为原来的2 2 2 2倍,则粒子倍,则粒子倍,则粒子倍,则粒子离开电场后的偏转角正切为离开电场后的偏转角正切为离开电场后的偏转角正切为离开电场后的偏转角正切为0.250.250.250.25 D D D D、如果带电粒子的初动能为原来的、如果带电粒子的初动能为原来的、如果带电粒子的初动能为原来的、如果带电粒子的初动能为原来的2 2 2 2倍,则粒子倍,则粒子倍,则粒子倍,则粒子离开电场后的偏转角正切为离开电场后的偏转角正切为离开电场后的偏转角正切为
20、离开电场后的偏转角正切为0.250.250.250.25强化练习强化练习5 5、质子、质子(质量为质量为mm、电量为、电量为e)e)和二价氦离子和二价氦离子(质量为质量为4m4m、电量为、电量为2e)2e)以相同的以相同的初动能初动能垂垂直射入同一偏转电场中,离开电场后,它直射入同一偏转电场中,离开电场后,它们的偏转角正切之比为们的偏转角正切之比为 ,侧移之,侧移之比为比为 。与与电量电量成正比成正比与与电量电量成正比成正比2:12:1强化练习强化练习6 6、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞、三个电子在同一地点沿同一直线垂直飞入偏转电场,如图所示。则由此可判断(入偏转电场,如图所示。则由此可
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- 19 带电 粒子 电场 中的 运动 解析
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